KR20150086281A - 내연 기관의 측정 및 추정된 내부 실린더 압력값에 기초하여 자기 점화를 검출하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

내연 기관의 측정 및 추정된 내부 실린더 압력값에 기초하여 자기 점화를 검출하기 위한 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 적어도 하나의 실린더(Z1-Z)를 갖는 스파크-점화식 내연 기관(VBK)에서 자기 점화를 검출하기 위한 방법 및 장치에 관한 것으로서, 연소실 압력에 대한 값(p_Zyl_mess)이 내연 기관(VBK)의 압축 행정 동안 평가창(CA_AWF) 내의 정의된 크랭크샤프트 각도(CA)에서 측정되고, 필터링된 압력값(p_Zyl_mess_MW)이 연소실 압력에 대한 측정값(p_Zyl_mess)으로부터 결정되며, 연소실(27)에서 연소가 일어나지 않은 경우 발생할 연소실(27) 내의 이론적인 압력값(p_Zyl_calc)이 정의된 크랭크샤프트 각도(CA)에 대해 결정되고, 필터링된 압력값(p_Zyl_mess_MW)과 이론적인 압력값(p_Zyl_calc) 간의 압력차의 값(p_Zyl_diff)이 계산되며, 압력차의 값(p_Zyl_diff)이 명시된 임계값(p_Zyl_SW)과 비교되고, 그리고 임계값(p_Zyl_SW)을 초과할 때, 연소실(27) 내의 자기 점화가 추정된다.

Description

내연 기관의 측정 및 추정된 내부 실린더 압력값에 기초하여 자기 점화를 검출하기 위한 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR DETECTING AUTOIGNITIONS ON THE BASIS OF MEASURED AND ESTIMATED INTERNAL CYLINDER PRESSURE VALUES OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 내연 기관에서 자기 점화(autoignition)를 검출하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
내연 기관에서, 스파크 플러그의 점화 스파크에 의해서가 아니라 오히려 자연 발화(spontaneous ignition)에 의해 트리거링(triggering) 또는 전적으로 트리거링되는, 이상 연소 과정(unusual combustion process)으로 지칭되는 다양한 연소 결함들이 발생할 수 있다. 이것은 특히, 노킹 연소(knocking combustion), 조기 점화(premature ignition) 및 자기 점화를 포함한다.
조기 점화가 소정 횟수의 작동 사이클 후에 다시 사라지는 산발적으로 발생하는 사건인 반면, 자기 점화는 통상의 점화 시간 전에 이상 연소의 자기강화 과정(self-reinforcing process)이다. 여기에서 트리거는, 예를 들어, 스파크 플러그의 전극, 출구 밸브, 연소실 내의 날카롭고, 과열된 에지 또는 지나치게 뜨거운 연소실 벽과 같은 뜨거운 표면들 및 과열된 구성요소들이다. 너무 일찍 발생한 자연 발화의 결과로, 연소실 내의 압력 및 온도는 계속 상승하고, 트리거링된 구성요소 또는 표면은 훨씬 더 뜨거워진다. 다음 사이클에서, 자기 점화는 이때 더 일찍 일어나고, 연소실 온도는 더욱 상승한다. 이러한 이상 연소는 종종 현저한 노킹과 관련된다. 자연 발화가 그것의 정상상태점(steady-state point)을 만나는 종료 단계에서는, 점화 시간이 너무 일러서 노킹이 더 이상 인지될 수 없다. 이러한 자기 점화는 점화 각도를 조정함으로써 방지될 수 없다.
연소실의 높은 열 부하의 결과로, 피스톤의 손상 또는 심지어 전체 파괴조차도 발생할 수 있고, 어떤 경우에는 높은 부하를 받는 스파크 플러그의 전극 또는 출구 밸브의 부품들이 용융될 수 있다.
예를 들어 노킹 연소와 같은 연소 결함의 발생을 회피하기 위해, 문헌 DE 10 2006 015 662 A1은 노킹 센서로 지칭되는 것에 의해 내연 기관 내의 소음을 검출하는 것을 제안하고, 각 연소 사이클에 대한 소음은 실린더-특정 신호를 형성하는 역할을 한다. 이와 관련하여, 예를 들어, 조기 점화로 인한 노킹이 발생하는 경우, 즉 현재 신호값 및 이 실린더에 특정된 신호값이 사전정의된 설정점값을 초과하는 경우, 모니터링된 실린더는 스위치 차단되며, 즉 이 실린더로의 연료 공급이 중단된다.
EP 0 819 925 A2는 스파크-점화식 내연 기관에서 조기 점화를 검출하기 위한 방법을 개시한다. 이와 관련하여, 노킹 센서의 신호는 다양한 시간 간격으로 획득된다. 노킹 센서의 획득 신호를 이용하여, 이상 진동이 발생하고 있는지 여부가 검출된다. 또한, 이상 진동의 시간 간격의 주파수가 정의된 임계값을 초과하는지 여부가 검사된다. 그러한 경우라면, 조기 점화가 검출된다.
DE 10 234 252 A1은 연소 실화를 검출하기 위한 방법을 개시한다. 검출 품질을 개선하기 위해, 서로 다른 물리적 원리에 따라 작동하는 서로 다른 두 가지 측정 방법이 사용된다. 상기 방법 중 하나는 크랭크샤프트의 회전 속도를 검출하고, 다른 방법은 연소실 내의 이온의 흐름을 검출한다.
DE 198 59 310 A1은 적어도 하나의 연소실에서 조기 점화를 검출하기 위한 조기 점화 검출 장치를 구비한 엔진 조절 장치를 개시한다. 설정 장치가 적어도 하나의 엔진 파라미터를 설정하기 위해 제공된다. 또한, 엔진 파라미터를 조정함으로써 검출된 조기 점화를 억제하기 위해, 제어 루프가 조기 점화 검출 장치와 설정 장치 사이에 제공된다.
DE 10 2007 024 415 B3은 크랭크샤프트에 연결되는 적어도 하나의 실린더를 갖는 스파크-점화식 내연 기관의 자기 점화를 검출하기 위한 방법을 설명한다. 상기 방법에 따르면, 크랭크샤프트의 회전 속도가 실린더의 압축 행정 중에 내연 기관의 작동 시퀀스에서 제 1 시간 구간 동안 측정된다. 또한, 실린더의 작동 행정 중의 노킹 신호가 내연 기관의 작동 시퀀스에서 제 2 시간 구간 동안 검출된다. 크랭크샤프트의 회전 속도가 비교값과 비교하여 느려진 경우, 실린더의 자기 점화가 검출되고, 노킹 연소가 노킹 신호에 기초하여 검출된다.
본 발명이 기초로 하는 목적은 내연 기관의 작동 동안 자기 점화의 신뢰성 있는 검출을 가능하게 하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적은 독립항들의 특징들에 의해 달성된다. 본 발명의 유리한 개선형태들은 종속항들에 특징지어진다.
본 발명은 크랭크샤프트에 연결되는 피스톤과 함께 연소실의 경계를 이루는 적어도 하나의 실린더, 연소실 내의 압력을 측정하기 위한 연소실 압력 센서, 크랭크샤프트 각도를 나타내는 신호를 공급하는 크랭크샤프트 각도 센서, 내연 기관의 개루프 및/또는 폐루프 제어를 수행하기 위한 제어 장치를 포함하는 스파크-점화식 내연 기관에서 자기 점화를 검출하기 위한 방법 및 상응하는 장치에 의해 정의된다. 내연 기관의 압축 행정 동안, 연소실 압력에 대한 값이 평가창 내의 정의된 크랭크샤프트 각도에서 획득되고, 필터링된 압력값이 연소실 압력에 대한 획득된 값으로부터 얻어지며, 그리고 연소실에서 연소가 일어나지 않은 경우 발생할 연소실 내의 이론적인 압력값이 정의된 크랭크샤프트 각도에 대해 결정되고, 필터링된 압력값과 이론적인 압력값 간의 압력차의 값이 형성되며, 압력차의 값이 사전정의된 임계값과 비교되고, 그리고 임계값을 초과할 때, 연소실 내의 자기 점화가 추정된다.
본 발명에 따른 방법 및 장치를 사용함으로써, 신뢰성 있는 그리고 간단하고 비용 효과적인 방법으로 자기 점화를 검출하는 것이 가능하고, 내연 기관의 연소실 내 구성요소들이 열적 과부하로부터 효과적으로 보호될 수 있다.
본 발명의 하나의 유리한 개선형태에 따르면, 연소실 압력에 대한 측정값의 필터링이 이동 평균값(sliding mean value)의 형성에 의해 수행된다. 그러한 평활화(smoothing)는 노킹에 의해 트리거링되는 비교적 낮은 압력값이 우연히 사용되는 것을 방지한다.
본 발명의 다른 유리한 개선형태에 따르면, 이론적인 압력값은 크랭크샤프트 각도, 냉각재 온도, 엔진 오일 온도, 내연 기관의 흡기 매니폴드 내의 압력값 및 크랭크 구동장치의 기하학적 변수들이 고려되는 열역학적 모델에 의해 계산된다. 압력 프로파일의 열역학적 계산을 위한 모든 변수들은 어떠한 경우에도 제어 장치 내에 존재하고, 그 결과 이 압력 프로파일을 결정하는 매우 간단하고 비용 중립적인(cost-neutral) 방식이 제공된다.
이론적인 압력값이 각각의 샘플링된 크랭크샤프트 각도에 대해 온라인으로 별도로 계산되는 것이 아니라 대신 사전에 얻어지고 제어 장치의 메모리의 특성 다이어그램에 저장된 경우, 제어 장치 내의 연산 용량 면에서 절약을 허용할 수 있는 간단한 할당이 얻어진다.
본 발명의 다른 유리한 개선형태에 따르면, 임계값을 한 번 초과할 때 자기 점화가 벌써 추정되는 것이 아니라 대신 제어 장치에 포함된 카운터의 카운터 판독(counter reading)이 증가되고, 카운터 판독에 대한 사전정의된 임계값에 도달할 때 연소실 내의 자기 점화가 추정된다. 이것은 평가 신뢰성을 증가시키고, 조기 점화로 인한 측정 결과의 개별적인 부정확한 해석이 신뢰성 있게 회피될 수 있다.
자기 점화는 그것이 (통상의 점화 시간 전의 크랭크샤프트 각도(CA)에 대해서) 더 일찍 발생할수록 더 위험하기 때문에, 본 발명의 유리한 일 개선형태에 따르면, 어느 크랭크샤프트 각도에서 압력차가 임계값을 초과하였는지가 검사된다. 결과가 사전정의된 임계값보다 더 작은 크랭크샤프트 각도에서 발생했을 경우, 카운터의 카운터 판독은 더 빠르게 증가하는데 예를 들어 값 2 만큼 증가되며, 결과가 나중 크랭크샤프트 각도에서 발생했을 경우의 값 1과 대조적으로 증가된다.
자기 점화의 발생 시간의 그러한 가중(weighting)에 의해서, 연소실에서 매우 일찍 발생하는 자기 점화로 인한 가속된 온도 증가에 더 신속하게 반응할 수 있으며, 즉 온도 감소 조치가 더 신속히 개시된다.
본 발명의 다른 유리한 개선형태에 따르면, 연소실 내 온도를 감소시키기 위한 조치는 농후한 공기/연료 혼합물을 설정하는 단계, 내연 기관의 스로틀 밸브를 폐쇄하는 단계 및 내연 기관의 배기 가스 터보차저의 웨이스트게이트를 개방하는 단계를 포함한다. 부하 감소 조치는 제어 장치에서 이미 구현된 방법으로 수행될 수 있고, 그 결과 구성요소 또는 알고리즘에 대한 추가 비용이 필요하지 않다.
본 발명에 따르면, 내연 기관의 작동 동안 자기 점화의 신뢰성 있는 검출을 가능하게 하는 방법 및 장치가 제공된다.
본 발명의 다른 장점 및 개선형태들은 예시적인 실시형태들의 다음 설명 및 도면에서 알 수 있고, 여기에서:
도 1은 관련 제어 장치를 갖는 내연 기관의 개략도이고,
도 2는 크랭크샤프트 각도의 함수로서 내연 기관의 연소실 내의 다양한 압력 프로파일을 도시한 다이어그램이며,
도 3은 내연 기관에서 이상 연소 과정을 검출하기 위한 프로그램의 순서도이고, 그리고
도 4는 도 3에 예시된 순서도의 개선형태를 도시한다.
내연 기관(VBK)(도 1)은 흡기부(1), 엔진 블록(2), 실린더 헤드(3) 및 배기 가스부(4)를 포함한다. 흡기부(1)는 바람직하게는 스로틀 밸브(11) 및 또한 실린더(Z1)로부터 입구 덕트를 통해 엔진 블록(2) 내로 연장되는 흡기 매니폴드(13)를 포함한다. 또한, 엔진 블록(2)은 커넥팅 로드(25)를 통해 실린더(Z1)의 피스톤(24)에 결합되는 크랭크샤프트(21)를 포함한다. 실린더(Z1)와 피스톤(24)은 연소실(27)의 경계를 이룬다.
실린더 헤드(3)는 가스 입구 밸브(30), 가스 출구 밸브(31) 및 상응하는 밸브 구동장치들(더 상세히 표시되지 않음)을 갖는 밸브 구동장치를 포함한다. 또한, 실린더 헤드(3)는 스파크 플러그(35), 실린더 압력 센서라고도 하는 연소실 압력 센서(36) 및 분사 밸브(34)를 포함한다. 대안으로, 분사 밸브(34)는 또한 도 1에서 쇄선으로 도시된 바와 같이 흡기부(1)에 배치될 수 있다.
배기 가스부(4)는 바람직하게는 3원 촉매 변환기(three-way catalytic converter)로서 구현되는 배기 가스 촉매 변환기(40)를 포함한다. 배기 가스 프로브(41)가 배기 가스 촉매 변환기(40)의 상류에 배치된다.
다양한 측정 변수들을 획득하고 측정 변수의 측정값들을 얻는 센서들이 할당되는 제어 장치(6)가 제공된다. 작동 변수들은 측정 변수들뿐만 아니라 그로부터 도출되는 변수들도 또한 포함한다. 제어 장치(6)는 작동 변수들 중 적어도 하나의 함수로서, 내연 기관(VBK)에 할당되고 상응하는 액추에이터 구동장치들이 각각 배치되는 액추에이터 소자들을 액추에이터 구동장치들을 위한 작동 신호들을 생성함으로써 작동시킨다.
제어 장치(6)는 또한 내연 기관을 작동시키기 위한 장치로 지칭될 수 있다.
센서들은 가속 페달(7)의 위치를 감지하는 페달 위치 신호 송신기(71), 스로틀 밸브(11)의 상류에 공기 질량 유량을 감지하는 공기 질량 측정기(14), 흡입 공기 온도를 감지하는 온도 센서(15), 흡기 매니폴드 압력을 감지하는 압력 센서(16), 스로틀 밸브(11)의 개구 각도를 감지하는 스로틀 밸브 위치 센서(17), 크랭크샤프트 각도(CA)를 감지하고 이후 회전 속도(N)가 할당되는 크랭크샤프트 각도 센서(22), 오일 온도(TOIL)를 감지하는 온도 센서(23), 내연 기관(VBK)의 냉각재 온도(TKW)를 감지하는 온도 센서(26), 내연 기관(VBK)의 연소실 내의 압력을 감지하는 연소실 압력 센서(36), 및 배기 가스의 잔류 산소 함량을 감지하고 그 측정 신호가 공기/연료 혼합물의 연소 중에 실린더(Z1) 내의 공기/연료비(air/fuel ratio)의 특징이 되는 배기 가스 프로브(41)이다. 배기 가스 프로브(41)는 바람직하게는 선형 람다 프로브(lambda probe)로 구현되며, 따라서 공기/연료비의 넓은 관련 범위에 걸쳐 그에 비례하는 측정 신호(λ)를 생성한다.
실시형태에 따라, 명시된 센서들의 서브세트가 존재할 수 있거나 또는 추가 센서들이 또한 존재할 수 있다.
액추에이터 소자들은 예를 들어 스로틀 밸브(11), 가스 입구 밸브(30)와 출구 밸브(31), 분사 밸브(34) 및 스파크 플러그(35)이다.
실린더(Z1)에 더하여, 추가 실린더들(Z2 내지 Z4)이 또한 존재할 수 있고, 이때 실린더(Z2 내지 Z4)에 상응하는 센서 및 액추에이터 소자가 또한 할당된다.
제어 장치(6)는 바람직하게는 프로그램 메모리(62) 및 값 메모리(데이터 메모리)(63)에 결합되는 연산 유닛(프로세서)(61)을 포함한다. 연산 유닛(61), 프로그램 메모리(62) 및 값 메모리(63)는 각각 하나 이상의 마이크로전자 구성요소들을 포함할 수 있다. 대안으로, 이러한 구성요소들은 단일 마이크로전자 구성요소에 부분적으로 또는 완전히 통합될 수 있다. 내연 기관(VBK)을 작동시키는데 필요한 프로그램들 및 값들은 프로그램 메모리(61) 및 값 메모리(63)에 저장된다. 특히, 연산 장치(61)에 의해 실행되는 이상 연소를 검출하기 위한 방법은 내연 기관(VBK)이 작동되는 동안 도 2 내지 4를 참조하여 이하에서 더욱 상세히 설명되는 바와 같이 구현된다.
또한, 연산 유닛(61)은 발생하는 이상 연소 과정의 수를 합산하기 위해 카운터(65)에 연결된다.
값 메모리(63)에 저장된 것은 그 중에서도 연소실 압력차에 대한 임계값(p_Zyl_SW), 카운터(65)의 카운터 판독에 대한 임계값(n_count_SW), 자기 점화를 결정하기 위해 평가창(evaluation window)(CA_AWF)을 정의하는 크랭크 각도로 표시되는 시작값과 종료값, 크랭크샤프트 각도에 대한 임계값(CA_SW)이고, 그 의미는 도 3 및 도 4를 참조하여 아래에서 더욱 상세히 설명될 것이다. 또한, 얻어진 연소실 압력(p_Zyl_mess)에 대한 값들은 추후에 추가 처리되기 위해 값 메모리(63)에 버퍼링된다.
도 2는 크랭크샤프트 각도(CA) [°]의 함수로서 도시되는, 흔히 또한 실린더 압력이라 간략한 형태로 지칭되는 연소실 압력(p_Zyl)의 다양한 프로파일을 도시한다. 참조 부호 p_Zyl_reg 는 공기/연료 혼합물의 통상의 연소 중에 발생하는 것과 같은 전형적인 압력 프로파일을 지칭한다. 이와 관련하여 통상의 연소는 스파크 플러그의 점화 스파크에 의해 전적으로 개시되고 연소 중에 노킹, 조기 점화 또는 자기 점화가 전혀 발생하지 않는 연소를 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 점화 시간의 위치는 부하와 회전 속도에 따르고, 참조 부호 ZZP에 의해 특징지어진다. 이 예시적인 실시형태에서, 점화 시간은 점화 상사점 전의 대략 5°CA 크랭크샤프트 각도에 있다. 통상의 연소 동안, 피크 압력은 점화 상사점 후의 대략 20°CA 크랭크샤프트 각도에 있다.
참조 부호 p_Zyl_mess는 연소실 압력 센서(36)에 의해 감지되고 이상 연소 과정이 발생할 때 내연 기관(VBK)의 작동 중에 발생하는 연소실 압력의 특징을 나타낸다.
도 2에서 참조 부호 p_Zyl_calc는 연소 없는 연소실 압력의 열역학적으로 계산된 곡선의 특징을 나타낸다. 압력의 최대값은 여기에서 점화 상사점에서 정확하게 발생한다. 연소 없는 열역학적으로 계산된 연소실 압력 프로파일(p_Zyl_calc)은 순전히 이론적인 프로파일이며, 그 계산을 위해 특히 압축 단계에서의 크랭크샤프트 각도(CA), 냉각재 온도(TKW), 오일 압력(T_OIL) 및 흡기 매니폴드 압력(p_saug)이 이용된다.
또한, 도 2에서 참조 부호 ZV는 점화 지연을 나타낸다. 점화 지연(ZV)은 점화 시간(ZZP), 즉 주 점화 코일 전류가 스위치 차단되고 그에 의한 점화 스파크를 의미하며 따라서 공기/연료 혼합물의 점화가 바로 개시되는 시간과 통상의 연소의 시작(ZRV)의 시간 사이의 시간 간격이다.
참조 부호 CA_AWF에 의해 특징지어지는 각도 범위는 그 범위 내에서 자기 점화의 검출이 적절한 평가창을 정의한다. 이 실시예에서, 평가창(CA_AWF)의 하한은 점화 상사점에 대해 -30°CA에 있고, 평가창(CA_AWF)의 상한은 마찬가지로 점화 상사점에 대해 10°CA에 있다. 이 값은 여기서 시간(ZRV), 즉 통상의 연소의 시작과 일치한다.
4개의 선택된 크랭크샤프트 각도(CA)에 대한 평가창(CA_AWF) 내에는, 여기서 측정된 연소실 압력(p_Zyl_mess)과 계산된 연소실 압력 프로파일(p_Zyl_calc)에 대한 해당값 사이의 각각의 차이(p_Zyl_diff)가 수직 화살표로 표시된다. 형성될 차이(p_Zyl_diff)의 수와 °CA로 표현된 측정 지점들 사이의 거리는 자유롭게 선택가능하다. 이 실시예에서는 매 5°CA 비교가 측정된 연소실 압력(p_Zyl_mess)과 계산된 연소실 압력 프로파일(p_Zyl_calc)에 대한 해당값 사이에서 발생한다.
이어지는 명세서에서는 자기 점화를 검출하기 위한 방법이 도 3 및 도 4를 참조하여 더욱 상세하게 설명될 것이다.
단계 S1에서는 상기 방법이 적절한 경우 변수가 초기화되고 카운터 판독이 리셋되는 것으로 시작된다. 상기 방법을 통한 초기 패스 런(pass run)이 바람직하게는 내연 기관의 시동에 대하여 실시간에 가까운 조건 하에서 수행되고, 이어서 소정의 시간 간격으로 주기적으로 호출될 수 있다.
단계 S2에서는 상기 방법을 수행하기 위한 소정의 가능화 조건이 충족되는지 여부가 질의된다.
서두에 이미 언급된 바와 같이, 자기 점화는 스파크 플러그, 출구 밸브, 피스톤 헤드 또는 실린더 헤드 내의 압착된 에지와 같은 연소실 내 구성요소들의 온도가 분사된 연료의 자연 발화 온도를 국부적으로 초과하는 경우에만 발생한다. 그러한 온도에 대한 전형적인 값은 연료의 품질에 따라 대략 1100 - 1200℃이다. 그러므로 상기 방법은 내연 기관(VBK)의 순간 작동점으로 인해 이러한 온도에 도달할 것으로 예상될 경우에 수행되어야 한다. 냉각재 온도(TKW), 오일 온도(TOIL), 마지막 시작 이후 내연 기관(VBK)의 작동 시간, 회전 속도, 흡기 매니폴드 압력과 같은 부하 변수, 공기 질량 유량 및 스로틀 밸브 위치 중 하나 또는 바람직하게는 그 이상의 파라미터가 이에 대한 표시로서 사용될 수 있고, 관련 임계값과 비교될 수 있다.
내연 기관(VBK)이 예를 들어 낮은 부하 및 회전 속도로 작동되는 경우, 가능화 조건은 충족되지 않고, 프로세싱은 적절한 경우 사전정의가능한 대기 시간 기간(TWAIT)(단계 S3) 후에 단계 S2에서 다시 계속된다.
단계 S2에서 질문이 임계값 중 적어도 하나를 초과한다는 것을 나타낸다면, 상기 방법은 단계 S4에서 계속된다. 크랭크샤프트 각도(CA)의 현재 값이 크랭크샤프트 각도 센서(22)를 이용하여 획득되고, 이어서 이 값(CA)이 정의된 평가창(CA_AWF) 내에 있는지 여부가 검사된다(도 2 참조). 이러한 경우가 아니면, 다시 단계 S2로의 이동이 일어난다.
현재 크랭크 각도(CA)가 평가창(CA_AWF)에 놓여 있다면, 단계 S5 및 S7가 병렬적으로 실행된다. 단계 S5에서는 정의된 크랭크샤프트 각도(CA)에 대해, 이 실시예에서는 매 5°CA에 대해, 여기서 발생하는 연소실 압력(p_Zyl_mess)이 연소실 압력 센서(36)를 사용하여 획득된다. 사용된 연소실 압력 센서(36)의 유형에 따라, 공급된 원신호가 보정될 필요가 있을 수 있다. 압전 압력 픽업(pickup)의 경우에는, 예를 들어 열충격 거동(thermoshock behavior)의 문제가 있는데, 즉 센서 소자가 뜨거워질 때 전하 이동이 석영 내에서 발생하고 그 결과 압력에 대한 부정확한 값이 얻어진다. 따라서, 단계 S6에서 연소실 압력 센서(36)에 의해 공급되는 신호(p_Zyl_mess)의 오프셋 보정(offset correction)이 공지된 방식으로 수행된다. 예를 들어 압력 신호(p_Zyl_mess)의 타당성(plausibility)은 내연 기관(VBK)의 흡기 단계 동안, 즉 연소가 아직 일어나지 않았을 때, 흡기 매니폴드 센서(16)의 신호로 검사될 수 있고, 그 결과 보정 신호가 얻어질 수 있다.
또한, 단계 S6에서는 노킹에 의해 트리거링되는 비교적 낮은 압력값을 우연히 얻는 것을 피하기 위해, 얻어진 압력값(p_Zyl_mess)은 필터링, 예를 들어 이동 평균값(sliding mean value)의 형성이 이루어진다.
단계 S5 및 S6에서 측정된 연소실 압력 신호의 획득, 보정 및 필터링과 병렬적으로, 단계 S7에서는 연소 없이 설정될 연소실 압력의 프로파일이 열역학적으로 계산된다. 용적(cubic capacity)과 같은 크랭크 구동장치의 기하학적 변수에 추가하여 압축비, 냉각재 온도(TKW), 오일 온도(TOIL), 흡기 매니폴드 압력(p_saug) 및 폴리트로프 계수(polytropic coefficient)가 크랭크샤프트 각도(CA)에 따라 이 이론적 압력 프로파일(p_Zyl_calc)의 계산에 포함된다.
평가창(CA_AFW) 내의 각 샘플링된 크랭크샤프트 각도(CA)를 위한 제어 장치(6)의 연산 유닛(61)에서 연소 없는 압력 프로파일(p_Zyl_calc)의 그러한 온라인 계산에 추가하여, 이 압력 프로파일(p_Zyl_calc)은 또한 다양한 파라미터 구성에 대해 사전에 계산될 수 있고, 제어 장치(6)의 값 메모리(63)의 특성 다이어그램(KF_p_Zyl_calc)에 저장될 수 있다.
후속하는 단계 S8에서는 단계 S6로부터의 현재 연소실 평균값(p_Zyl_mess)과 단계 S7로부터의 이론적으로 계산된 압력값(p_Zyl_calc) 간의 차이(p_Zyl_diff)가 형성된다.
이어서, 단계 S9에서는 압력차(p_Zyl_diff)의 이 값이 사전정의된 임계값(p_Zyl_SW)을 초과하는지 여부가 검사된다. 임계값(p_Zyl_SW)은 실험적으로 얻어지고, 값 메모리(63)에 저장된다.
단계 S9에서 질문이 부정적인 결과(아니오)를 생성하는 경우, 이는 이상 연소가 발생하지 않았다는 것을 의미하고, 상기 방법은 단계 S2에서 다시 계속된다.
단계 S9의 조건이 충족되면, 이상 연소가 추정되고, 단계 S10에서 제어 장치(6)에 포함되어 이상 연소 과정의 수를 합산하는 카운터(65)의 카운터 판독(n_count)이 값 1 만큼 증가한다.
후속하는 단계 S11에서는 카운터 판독(n_count)이 사전정의된 임계값(n_count_SW)을 초과하였는지 여부가 질의된다. 그러한 경우, 단계 S12에서 자기 점화의 발생이 검출되고, 연소실 온도의 감소를 가져오는 조치가 개시된다. 예를 들어 농후한 공기/연료 혼합물이 연소실 내에서 냉각을 달성하기 위해 설정될 수 있다. 예를 들어 스로틀 밸브 폐쇄하거나 연료 공급을 스위치 차단하거나, 또는 과급된 내연 기관의 경우에 웨이스트게이트를 개방함으로써 이루어지는 부하의 감소는 마찬가지로 연소실 내의 온도의 감소를 가져온다.
이러한 조치가 개시되면, 상기 방법은 단계 S13에서 종료된다.
자기 점화는 그것이 (통상의 점화 시간 전의 크랭크샤프트 각도(CA)에 대해) 더 일찍 발생할수록 더 위험하기 때문에, 도 4는 이러한 사실을 고려한, 도 3을 참조하여 설명되는 상기 방법 시퀀스의 개선형태를 도시한다.
이를 위해, 두 개의 추가 단계 S9A과 S10A가 도 3에 따른 방법에 추가되고, 상기 단계 S9A 및 S10A는 단계 S9와 S10 사이에서 상기 방법의 시간순 처리에서 추가적으로 수행된다. 도 4에 따른 방법의 나머지 단계들은 도 3의 대응하는 단계들과 동일하다.
압력차(p_Zyl_diff)가 임계값(p_Zyl_SW)을 초과하였다는 것이 단계 S9에서 검출되면, 단계 S9A에서는 높은 연소실 압력이 사전정의된 임계값(CA_SW)보다 더 작은 크랭크샤프트 각도(CA)에서 발생하였는지 여부가 검사된다. 그러한 경우가 아니라면, 상기 방법은 이미 설명된 단계 S10에서 계속된다.
질문이 높은 연소실 압력이 매우 일찍, 즉 임계값(CA_SW)보다 더 작은 크랭크샤프트 각도(CA)에서 이미 발생하였음을 나타내면, 단계 S10A에서 카운터 판독(n_count)은 도 3에 따른 방법의 경우와 같이 값 1 만큼 증가하는 것이 아니라, 오히려 1보다 더 큰 값만큼 증가한다. 그 결과, 더 빠르게 임계값(n_count_SW)에 도달하고, 온도를 낮추기 위한 조치가 더 일찍 시작된다. 자기 점화가 발생하는 크랭크샤프트 각도들의 그러한 가중(weighting)은 연소실 내의 열부하를 받는 구성요소들이 양호하게 보호될 수 있게 한다.
상기 방법은 이어서 도 3을 참조하여 이미 설명한 바와 같이 단계 S11과 계속된다.
1 흡기부
11 스로틀 밸브
13 흡기 매니폴드, 입구 덕트
14 공기 질량 측정기
15 흡입 공기용 온도 센서
16 흡기 매니폴드 압력 센서
17 스로틀 밸브 위치 센서
2 엔진 블록
21 크랭크샤프트
22 크랭크샤프트 각도 센서
23 오일 온도 센서
24 피스톤
25 커넥팅 로드
26 냉각재 온도 센서
27 연소실
3 실린더 헤드
30 가스 입구 밸브
31 가스 출구 밸브
34 분사 밸브
35 스파크 플러그
36 연소실 압력 센서
4 배기 가스부
40 배기 가스 촉매 변환기
41 배기 가스 프로브
6 제어 장치
61 연산 유닛, 프로세서
62 프로그램 메모리
63 값 메모리, 데이터 메모리
65 카운터
7 가속 페달
71 페달 위치 신호 송신기
p_saug 흡기 매니폴드 압력
p_Zyl 연소실 압력
p_Zyl_mess 측정된 연소실 압력
p_Zyl_mess_MW 측정된 연소실 압력의 평균값
p_Zyl_calc 계산된 연소실 압력
p_Zyl_diff 측정 및 계산된 연소실 압력 간의 차
p_Zyl_reg 자기 점화 없는 통상의 연소실 압력 프로파일
p_Zyl_SW 연소실 압력차에 대한 임계값
KF_p_Zyl_calc 특성 다이어그램 계산된 압력 프로파일
CA 도(degree) 단위의 크랭크샤프트 각도
CA_SW 크랭크샤프트 각도에 대한 임계값
CA_AWF 자기 점화에 대한 평가창
λ 공기비
N 회전 속도
n_count_SW 이상 연소 과정의 수에 대한 카운터에 대한 임계값
S1-S13 방법 단계들
TKW 냉각재 온도
TOIL 오일 온도
TWAIT 대기 기간
VBK 내연 기관
Z1-Z4 실린더
ZZP 점화 시간
ZV 점화 지연
ITDC 점화 상사점
ZRV 통상의 연소 시작

Claims (9)

  1. - 크랭크샤프트(21)에 연결되는 피스톤(24)과 함께 연소실(27)의 경계를 이루는 적어도 하나의 실린더(Z1-Z),
    - 연소실(27) 내의 압력(p_Zyl)을 측정하기 위한 연소실 압력 센서(36),
    - 크랭크샤프트 각도(CA)를 나타내는 신호를 공급하는 크랭크샤프트 각도 센서(22),
    - 내연 기관(VBK)의 개루프 및/또는 폐루프 제어를 수행하기 위한 제어 장치(6)
    를 포함하는 스파크-점화식 내연 기관(VBK)에서 자기 점화를 검출하기 위한 방법에 있어서,
    - 내연 기관(VBK)의 압축 행정 동안 연소실 압력(p_Zyl_mess)에 대한 값이 평가창(CA_AWF) 내의 정의된 크랭크샤프트 각도(CA)에서 획득되고,
    - 필터링된 압력값(p_Zyl_mess_MW)이 연소실 압력(p_Zyl_mess)에 대한 획득된 값으로부터 얻어지며,
    - 연소실(27)에서 연소가 일어나지 않은 경우 발생할 연소실(27) 내의 이론적인 압력값(p_Zyl_calc)이 정의된 크랭크샤프트 각도(CA)에 대해 결정되고,
    - 필터링된 압력값(p_Zyl_mess_MW)과 이론적인 압력값(p_Zyl_calc) 간의 압력차의 값(p_Zyl_diff)이 형성되며,
    - 압력차의 값(p_Zyl_diff)이 사전정의된 임계값(p_Zyl_SW)과 비교되고, 그리고
    - 임계값(p_Zyl_SW)을 초과할 때, 연소실(27) 내의 자기 점화가 추정되는 것을 특징으로 하는 스파크-점화식 내연 기관에서 자기 점화를 검출하기 위한 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    연소실 압력에 대한 측정값(p_Zyl_mess)의 필터링이 이동 평균값의 형성에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    이론적인 압력값(p_Zyl_calc)은 크랭크샤프트 각도(CA), 냉각재 온도(TKW), 엔진 오일 온도(TOIL), 내연 기관(VBK)의 흡기 매니폴드(13) 내의 압력값(p_saug) 및 크랭크 구동장치의 기하학적 변수들이 고려되는 열역학적 모델에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    이론적인 압력값(p_Zyl_calc)은 특성 다이어그램(KF_p_Zyl_calc)의 형태로 제어 장치(6)의 값 메모리(63)에 저장되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    임계값(p_Zyl_SW)을 초과할 때마다 제어 장치(6)에 포함된 카운터(65)의 카운터 판독(n_count)이 증가되고, 카운터 판독에 대한 사전정의된 임계값(n_count_SW)에 도달할 때 연소실(27) 내의 자기 점화가 추정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제5항에 있어서
    점화 상사점(ITDC)에 대해 더 작은 크랭크샤프트 각도(CA)와 사전정의된 임계값(CA_SW)에 대한 압력차(p_Zyl_diff)에 대해 임계값(p_Zyl_SW)의 초과가 일어났었는지 여부가 검사되고, 질문이 긍정적인 결과인 경우에 카운터 판독(n_count)이 더 빠르게 증가되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 선행하는 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    자기 점화가 검출될 때, 연소실(27) 내의 온도 감소를 가져오는 조치가 제어 장치(6)에 의해 개시되는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    다음 단계들 중 하나 이상이 개시되는 것을 특징으로 하는 방법:
    - 농후한 공기/연료 혼합물을 설정하는 단계,
    - 내연 기관(VBK)의 스로틀 밸브(11)를 폐쇄하는 단계,
    - 연료 공급을 차단하는 단계, 및
    - 내연 기관(VBK)의 배기 가스 터보차저의 웨이스트게이트를 개방하는 단계.
  9. 제1항 내지 제8항에 따른 방법들 중 하나를 수행하도록 구성되는, 스파크- 점화식 내연 기관(VBK)에서 자기 점화를 검출하기 위한 장치.
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